理解快速生成树协议(802.1w)

理解快速生成树协议（802.1w）

注：本文译自思科的白皮书Understanding Rapid Spanning Tree Protocol（802.1w）.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 介绍

Catalyst 交换机对RSTP的支持

新的端口状态和端口角色

端口状态（Port State）

端口角色（Port Roles）

新的BPDU格式

新的BPDU处理机制

BPDU在每个Hello-time发送

信息的快速老化

接收次优BPDU

快速转变为Forwarding状态

边缘端口

链路类型

802.1D的收敛

802.1w的收敛

Proposal/Agreement 过程

UplinkFast

新的拓扑改变机制

拓扑改变的探测

拓扑改变的传播

与802.1D兼容

结论

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 介绍

在802.1d 生成树（STP）标准设计时，认为网络失效后能够在1分钟左右恢复，这样的性能是足够的。随着三层交换引入局域网环境，桥接开始与路由解决方案竞争，后者的开放最短路由协议（OSPF）和增强的内部网关路由协议（EIGRP）能在更短的时间提供备选的路径。

思科引入了Uplink Fast、Backbone Fast和Port Fast等功能来增强原始的802.1D标准以缩短桥接网络的收敛时间，但这些机制的不足之处在于它们是私有的，并且需要额外的配置。快速生成树协议（RSTP；IEEE802.1w）可以看作是802.1D标准的发展而不是革命。802.1D 的术语基本上保持相同，大部分参数也没有改变，这样熟悉802.1D的用户就能够快速的配置新协议。在大多数情况下，不经任何配置RSTP的性能优于思科的私有扩展。802.1w能够基于端口退回802.1D以便与早期的桥设备互通，但这会失去它所引入的好处。

新版的802.1D标准，IEEE802.1D-2004，合并了IEEE802.1t-2001 和IEEE802.1w标准。

本文提供了RSTP对先前的802.1D标准增强的内容。

Catalyst 交换机对RSTP的支持

新的端口状态和端口角色

802.1D定义了四个不同的端口状态：

●Listening,

●Learning,

●Blocking

●Forwarding

参见下面的表格以获得更多信息。

这些端口的状态，无论对于阻塞或转发流量，还是它在活动拓扑中的角色（Root端口，Desgnated端口等）来说，都是混杂的。比如，从操作的观点来看，Blocking和Listening状态的端口没有区别，它们都丢弃帧，也不学习MAC地址。真正的不同在于生成树给予它们的角色。我们可以安全的确定，Listening状态是Designated端口或Root端口在转变成Forwarding状态的过程中。不幸的是，一旦成为Forwarding状态，我们无法从端口状态推断该端口是Root还是Designated角色。这一点说明这个基于状态的术语的失败。RSTP通过分离端口的角色和状态来陈述这个主题。

端口状态（Port State）

RSTP中只留下了三个端口状态，它们对应着三个可能的操作状态。802.1D中的Disabled,

端口角色（Port Roles）

现在，角色成为赋予端口的一个变量。root端口和Designated端口这两种角色仍然保留，然而Blocking端口角色被分成了Backup和Alternate角色。生成树算法（STA）根据桥协议数据单元（BPDUs）决定端口角色。简单起见，关于BPDU需要记住，总有一个方法可以用来比较它们并决定哪一个是最优的，这是基于存于BPDU中的变量来得到的，偶尔也存在接收它们的端口上。考虑到这种情况，以下的段落用实践的方式来解释端口角色。

Root端口角色

在桥设备上接收最优BPDU的端口是Root端口。它是按照术语路径开销（path cost）来计算的距离根网桥最近的端口。生成树算法（STA）在整个桥接网络中选择一个根桥，根网桥发送的BPDU比其他桥设备更有用。根网桥是在桥接网络中唯一没有Root端口的设备，所有其他的网桥都至少在一个端口上接收BPDU。

Designated 端口角色

如果一个端口在向它所连接的网段上发送最优BPDU，该端口就是一个Designated端口。802.1D桥设备把不同的段（segments），比如以太网段，连接在一起来产生一个桥接域。在一给定的段中，只能有一条通往根桥的路径。如果有两条的话，网络中就会有桥接环路。连在同一段的所有桥设备侦听每个BPDU，并一致同意发送最好BPDU的网桥作为该段的指定网桥，该网桥的相应端口就是Desinated端口。

Alternate和Backup端口角色

有两个端口角色对应于802.1D的Blocking状态。阻塞的端口被定义为非Designated和Root 的端口。阻塞的端口接收到的BPDU优于其发送的BPDU。记住，一个端口绝对需要接收BPUD以便保持阻塞。为此，RSTP引入了两个角色。

Alternate端口由于收到其它网桥更优的BPDU而被阻塞，如下图所示：

Backup端口由于收到自己发出的更优的BPDU而被阻塞，如下图所示：

这种区别其实在802.1D中已经做了区分，这也正是思科UplinkFast功能的本质。基本原理在于Alternate端口提供了一个到根网桥的备选路径，因此如果Root端口失效可以替代Root 端口。当然，Backup端口提供了到达同段网络的备选路径，但不能保证到根网桥的备用连接。因此，它不包括在Uplink的组中。

同样，RSTP用和802.1D同样的标准来计算生成树最终的拓扑，网桥和端口优先级的使用也没有丝毫改变，在思科的实现中，Discarding状态被称作Blocking，CatOS release 7.1及其后版本仍然显示Listening和Learning状态，这就比IEEE标准提供了更多的有关端口的信息。然而，这新功能会使协议定义的端口角色和它当前状态存在不一致的情况。比如，现在一个端口同时既是Designated又是Blocking是完全合法的，然而，这种情况只发生在很短的时间内，只是表示该端口正在向Designated forwarding状态转变。

新的BPDU格式